(57)【要約】【課題】  火力発電所で発生した石炭灰を湿式吹付用コンクリートの一つの材料として使用する時に、石炭灰の品質の良否にかかわらず、吹付施工に適したベースコンクリートを得ることができるようにする。【解決手段】  セメント、石炭灰、骨材、水とを一定の配合割合で混練してなる吹付用のベースコンクリートを調製する際に、予め、品質の異なる複数の石炭灰の流動特性の評価値とこれらの石炭灰をそれぞれ添加した時の上記ベースコンクリートのスランプ値との関係を求めておき、ベースコンクリートを製造する際に添加する石炭灰の流動特性の評価値を求めることにより、得られるベースコンクリートのスランプ値を上記関係から求めて吹付施工に適するかどうかを判定し、適するように調製する。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰を含有したベースコンクリートからなる湿式吹付用コンクリートの評価方法であって、使用する石炭灰と水との混合状態での流動特性を評価し、この流動特性の評価値から上記石炭灰を使用したベースコンクリートの物性を推定することを特徴とする湿式吹付用コンクリートの評価方法。
【請求項２】
流動特性の評価値は、石炭灰とこの石炭灰に添加した水との混合物が所定の時間で流下が終了するときの水と石炭灰との容積比であることを特徴とする請求項１に記載の湿式吹付用コンクリートの評価方法。
【請求項３】
セメント、骨材、石炭灰、水とを一定の配合割合で混練してなるベースコンクリートを調製する際に、予め、品質の異なる複数の石炭灰における流動特性の評価値とそれぞれの石炭灰を含む上記ベースコンクリートのスランプ値とを試験により測定することによって測定された流動特性の評価値とスランプ値との関係線図又は関係式を求めておき、ベースコンクリートを調製する時に、使用する石炭灰の流動特性の評価値を試験により測定して、その評価値から上記関係線図又は関係式により該石炭灰を使用した時のベースコンクリートのスランプ値を推定することを特徴とする請求項１に記載の湿式吹付用コンクリートの評価方法。
【請求項４】
セメント、骨材、石炭灰、水とを一定の配合割合で混練してなるベースコンクリートを調製する際に、予め、品質の異なる複数の石炭灰における流動特性の評価値とそれぞれの石炭灰を含む上記ベースコンクリートのスランプ値とを試験により測定することによって測定された流動特性の評価値とスランプ値との関係線図又は関係式を求めておく工程と、ベースコンクリートを調製する時に、使用する石炭灰の流動特性の評価値を試験により測定して、その評価値から上記関係線図又は関係式により該石炭灰を使用した時のベースコンクリートのスランプ値を推定する工程と、推定したスランプ値と、必要とされるスランプ値との差分量に基づいてベースコンクリートの配合割合を修正する工程とからなることを特徴とする湿式吹付用コンクリートの調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は石炭火力発電所等で発生した石炭灰を添加してなる湿式吹付用コンクリートの評価方法及び調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トンネル掘削機によって掘削された壁面を覆工するための吹付用コンクリートとしては、セメントと骨材及び水を所定の配合割合でもって混練してなるコンクリートが使用されているが、セメントや骨材は高価な材料であるため、火力発電所等で発生した石炭灰を分級することなく湿式吹付用コンクリートのベースコンクリートに多量に使用してセメントや骨材の使用量の低減を図った湿式吹付用コンクリートが採用されている（例えば、特許文献１参照）。なお、湿式吹付とは、予め、混練されたコンクリートを吹付ノズルまでポンプ圧送し、ノズル口元で急結材を添加してトンネル掘削壁面に吹付けるものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４７７１５号公報（第２〜４頁）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記石炭灰を使用した吹付用コンクリートによれば、トンネル掘削壁面に吹付けた場合、セメントと骨材及び水からなる上記従来の吹付用コンクリートに比べて遜色のない強度を確保でき、さらにはリバウンドや粉塵の発生量を低減できるという利点を有しているが、火力発電所から排出されて集塵された粉末状の石炭灰は品質が安定しておらず、このまま湿式吹付用コンクリートに使用すると、その品質変動がベースコンクリートのスランプに影響を及ぼし、使用量が一定でも品質が異なると、コンクリートの材料分離や吹付け機の閉塞等が発生するといった問題点がある。
【０００５】
このため、火力発電所から排出されて集塵された石炭灰を１回以上分級すれば品質の安定したフライアッシュとすることができるが、分級装置等の設備が必要となってコストがかかると共に、廃棄処分をしなければならない石炭灰分が発生してその処分にも費用を要するばかりでなく処理に多大な労力、時間を要するという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、品質が異なる石炭灰であっても、その石炭灰を使用したベースコンクリートが吹付用コンクリートとして適した物性を備えているのかどうかを定量的に簡単且つ正確に知ることができると共に、吹付施工に適さない場合には適するように容易に調製することができる湿式吹付用コンクリートの評価方法及び調整方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の吹付用コンクリートの評価方法は、請求項１に記載したように、石炭灰を含有したベースコンクリートからなる湿式吹付用コンクリートの調製方法であって、使用する石炭灰と水との混合状態での流動特性を評価し、この流動特性の評価値から上記石炭灰を使用したベースコンクリートの物性を推定することを特徴とする。
【０００８】
上記請求項１に記載の湿式吹付用コンクリートの評価方法において、流動特性の評価値は、請求項２に記載したように、石炭灰とこの石炭灰に添加した水との混合物が所定の時間で流下が終了するときの水と石炭灰との容積比であることを特徴とする。
【０００９】
さらに、請求項３に係る発明は、セメント、骨材、石炭灰、水とを一定の配合割合で混練してなるベースコンクリートを調製する際に、予め、品質の異なる複数の石炭灰における流動特性の評価値とそれぞれの石炭灰を含む上記ベースコンクリートのスランプ値とを試験により測定することによって測定された流動特性の評価値とスランプ値との関係線図又は関係式を求めておき、ベースコンクリートを調製する時に、使用する石炭灰の流動特性の評価値を試験により測定して、その評価値から上記関係線図又は関係式により該石炭灰を使用した時のベースコンクリートのスランプ値を推定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、湿式吹付用コンクリートの調整方法であって、セメント、骨材、石炭灰、水とを一定の配合割合で混練してなるベースコンクリートを調製する際に、予め、品質の異なる複数の石炭灰における流動特性の評価値とそれぞれの石炭灰を含む上記ベースコンクリートのスランプ値とを試験により測定することによって測定された流動特性の評価値とスランプ値との関係線図又は関係式を求めておく工程と、ベースコンクリートを調製する時に、使用する石炭灰の流動特性の評価値を試験により測定して、その評価値から上記関係線図又は関係式により該石炭灰を使用した時のベースコンクリートのスランプ値を推定する工程と、推定したスランプ値と、必要とされるスランプ値との差分量に基づいてベースコンクリートの配合割合を修正する工程とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
ベースコンクリートとして使用する石炭灰と水との混合状態での流動特性を評価するので、使用する石炭灰がベースコンクリートの混和材料としてどの程度の適性を有しているのかを数値的に判断することができ、さらに、この石炭灰の流動特性の評価値から、セメントと骨材及びこの石炭灰と水とを所定の配合割合でもって混練してなるベースコンクリートのスランプ値等の物性を容易に推定することができるものであり、該ベースコンクリートが吹付用コンクリートとして所定の物性を有していない場合には、ベースコンクリートを調製する際に、上記水の配合量を減少させたり、或いは、流動化剤などの化学混和剤を添加することにより、吹付施工に適したベースコンクリートを得ることができ、その際、水の減少量や化学混和剤の添加量を数値的に正確に設定することができてベースコンクリートの調製が簡単且つ精度よくに行うことができる。従って、吹付用コンクリートの材料分離や吹付施工時における吹付け機の閉塞などが生じることのないベースコンクリートを得ることができる。
【００１２】
上記請求項１に記載の湿式吹付用コンクリートの評価方法において、請求項２に係る発明によれば、流動特性の評価値を、一定量の石炭灰とこの石炭灰に添加した水との混合物が所定の時間で流下が終了するときの水と石炭灰との容積比から求めているので、使用する石炭灰の品質の良否、即ち、湿式吹付用コンクリートのベースコンクリートとしての適性を数値的に容易に且つ正確に求めることができる。
【００１３】
そして、請求項３及び請求項４に係る発明によれば、セメント、骨材、石炭灰、水とを一定の配合割合で混練してなるベースコンクリートを調製する際に、予め、品質の異なる複数の石炭灰における流動特性の評価値とそれぞれの石炭灰を含む上記ベースコンクリートのスランプ値とを試験により測定することによって測定された流動特性の評価値とスランプ値との関係線図又は関係式を求めておき、ベースコンクリートを調製する時に、使用する石炭灰の流動特性の評価値を試験により測定して、その評価値から上記関係線図又は関係式により該石炭灰を使用した時のベースコンクリートのスランプ値を推定するので、一定の配合割合からなるベースコンクリートを調製する前に、使用する石炭灰を添加した時の該ベースコンクリートのスランプ値を予め、簡単且つ正確に知ることができる。
【００１４】
従って、石炭灰の流動特性の評価値から予め求められる該石炭灰の品質が良い場合には、ベースコンクリートを構成するセメントや骨材、石炭灰、水の配合割合を変更することなく、吹付施工に適したベースコンクリートを容易に調製することができると共に、吹付施工に適さない品質の悪い石炭灰を使用する場合には、上記配合割合における水の配合量を減少させたり、或いは、流動化剤などの化学混和剤を添加することにより、吹付施工に適したベースコンクリートに簡単に調整することができる。
【００１５】
即ち、新しい石炭灰を受け入れる度に、試験練り（＝当初の配合でベースコンクリートを作成し、スランプ値を測定する）しておく必要がなく、その分の材料、時間、手間が節約され、効率的且つ安定的に所望性状のベースコンクリートを供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための最良の形態について説明すると、湿式吹付用コンクリートのベースコンクリートは、石炭火力発電所において発電にともなって排出される石炭灰と、セメント、細骨材、粗骨材、水とを所定量ずつ配合して混練してなるものであるが、石炭灰は、石炭の産地や発電所の燃焼設備、季節による燃焼温度等によってその品質が変動し、同一発電所から発生する石炭灰であっても該発電所から生コンクリート製造プラントに搬送される石炭灰の運搬ロット（製品）により品質が大きく変動している場合がある。
【００１７】
図１、図２はその石炭灰の品質変動の一例を示すもので、同一発電所から所定量ずつ搬送されてきた多数の石炭灰のロットからサンプルとして一定量の石炭灰を取り出し、サンプル番号を付してこれらの石炭灰の粒子の平均密度と粉末度：比表面積（粒径）を求めたものであって、この図からも明らかなように、石炭灰の品質に非常に大きなバラツキが生じている。
【００１８】
本発明はこのような品質が変動している石炭灰を分級することなく、そのままベースコンクリートの一組成分として使用して、トンネル掘削壁面等に対して精度良く能率的に吹付け施工が行える吹付用コンクリートを調製するができるようにするため、予め石炭灰、セメント、骨材（細骨材と粗骨材）、水とを所定の配合割合でもって混練して得られる場合のベースコンクリートに対して、品質の異なる複数の石炭灰の流動特性の評価値とベースコンクリートのスランプとの関係線図又は関係式を求めておき、上記配合割合を有する各組成物からなるベースコンクリートを製造する際に、使用される石炭灰の流動特性の評価値を求め、この評価値から該石炭灰を使用した際の上記ベースコンクリートのスランプ値を上記関係線図又は関係式によって推定するものである。
【００１９】
従って、このベースコンクリートが吹付用コンクリートとして適しているかどうかを簡単に知ることができると共に、そのままでは吹付施工に悪影響が発生する虞れがあると認識した場合には、水の添加量の調整や流動化剤などの化学混和剤の添加によって吹付用コンクリートとして適するように調整するものである。
【００２０】
本発明を更に詳しく説明すると、吹付用コンクリートに使用する石炭灰の原粉（以下、単に石炭灰という）は、石炭火力発電所から生コンクリート製造プラントに搬送され、品質の異なる石炭灰に対して品質評価試験を行う。この品質評価試験は比較的簡易なＰロート試験（土木学会基準：JSCE-F521-1999) によって行われる。
【００２１】
Ｐロート試験は、石炭灰と水とを混練してスラリーにし、このスラリーの流下時間を計測するものである。この場合、同一品質の一定量の石炭灰を複数個、作成し、一定量の各石炭灰に対する水の添加量を変えることによって得られたスラリーを試料として、これらの試料をＰロート試験に供することによりそれぞれの流下時間を計測する。そして、各試料の測定した流下時間で20秒という一定時間を割ることにより相対流下速度を求め、図３に示すように、各試料の水−石炭灰容積比と相対流下速度との関係線図を作成する。その結果、各試料の水−石炭灰容積比と相対流下速度との測定点を結ぶ線は（イ）に示すように略直線となり、縦軸をｙ、横軸をｘとした場合、ｙ＝0.057 ｘ−4.897 という直線で表すことができた。
【００２２】
同様に、上記石炭灰の品質の異なる一定量の石炭灰を複数作成し、各石炭灰似対する添加量を上記と同じく変えることによって得られたスラリーを試料としてこれらの試料をＰロート試験に供することによりそれぞれの流下時間を計測する。そして、20秒という一定時間を各試料の測定した流下時間で割ることにより相対流下速度を求め、各試料の水−石炭灰容積比と相対流下速度との関係線図を作成する。その結果、各試料の水−石炭灰容積比と相対流下速度との測定点を結ぶ線は図３において（ロ）に示すように略直線となり、縦軸をｙ、横軸をｘとした場合、ｙ＝0.037 ｘ−3.949 という直線で表すことができた。
【００２３】
上記水−石炭灰容積比と相対流下速度との関係線図から、相対流下速度1.0 に対する水−石炭灰容積比をＷ20と定義し、上記近似直線（イ）（ロ）からこれらの試料のＷ20を求めると、それぞれ103 、133 となる。この数字は同じ流下速度にするための必要な水量を意味し、数字が小さい程、ベースコンクリート用の混和材料として適している。
【００２４】
上記２種類の試料以外に、これらの試料の石炭灰と品質の異なった複数種類の石炭灰についても、上記と同じ条件でもって水の添加量を異ならなした複数の試料をそれぞれ作成し、上記同様にしてＰロート試験により流下時間を測定すると共に相対流下速度を求めて、相対流下速度1.0 に対する水−石炭灰容積比であるＷ20を求める。
【００２５】
そして、セメントと石炭灰、骨材、水を所定の配合割合、配合量でもって混練して吹付用コンクリートのベースコンクリートを得る時に、上記石炭灰として品質の異なる石炭灰、即ち、Ｗ20の異なる数値を示す石炭灰を順次使用してベースコンクリートを作成し、そのスランプ値を測定し、Ｗ20の数値とこの数値を示す石炭灰を添加してなるベースコンクリートのスランプ値との関係を求めておく。
【００２６】
図４はそのＷ20とスランプ値の関係線図であり、この線図から明らかなように石炭灰の品質変動が吹付用コンクリートにおけるベースコンクリートのスランプ値に与える影響は、Ｗ20の数値が大きくなるとスランプ値が小さくなり、Ｗ20の数値が小さくなるとスランプ値が大きくなる。吹付け機を使用してのトンネル掘削壁面等に対する通常の吹付施工においては、吹付用コンクリートが吹付け機を閉塞させることなく、また、吹付けたコンクリートが壁面に垂れることなく良好な施工を行うことができるスランプ値は10±２cmである。
【００２７】
このスランプ値の範囲に相当するＷ20は90〜135 であり、この範囲内であればコンクリートの上記配合を特に変更することなくそのまま吹付用コンクリートとして使用することができる。また、この範囲を越えた場合の対処方法は次のように設定しておけば、吹付用コンクリートとして適したベースコンクリートを得ることができる。即ち、Ｗ20が９０以下の場合にはその数値が５小さくなる毎にベースコンクリートの単位水量を２〜５Kg減らし、Ｗ20が135 以上の場合にはその数値が５大きくなる毎に化学混和剤（流動化剤）を0.36〜1.08Kg/m3 添加する。なお、上記範囲はセメントや骨材の配合割合で異なるため、事前に試験によって定めておくことが望ましい。
【００２８】
上記のように、予め、セメントと石炭灰及び骨材、水とを所定の配合割合、配合量でもって混練して得られる吹付用のベースコンクリートにおいて、Ｗ20の数値とベースコンクリートのスランプ値との関係線図を求めておく。また、Ｗ20の数値からスランプ値を計算することができる数式を求めておく。そして、石炭火力発電所から生コンクリート製造プラントに搬送されてきた石炭灰を使用して上記配合を有するベースコンクリートを製造する際に、この石炭灰の流動特性の評価値であるＷ20の値を上記Ｐロート試験を使用することによって上述したように求め、この石炭灰を使用することによって得られる上記配合のベースコンクリートのスランプ値を上記関係線図又は関係式から求める。
【００２９】
そして、このベースコンクリートのスランプ値が10±２cmの範囲内、即ち、Ｗ20が90〜135 の範囲内であれば、上記配合割合でもってそのままベースコンクリートを製造し、Ｗ20が９０以下の場合には上述したようにその数値が５小さくなる毎に上記ベースコンクリートに配合される水量を２〜５Kg減らし、Ｗ20が135
以上の場合にはその数値が５大きくなる毎に化学混和剤（流動化剤）を0.36〜1.08Kg/m3 添加したのち、ベースコンクリートを製造するものである。次に、本発明の具体的な実施例を示す。
【実施例１】
【００３０】
水210 Kg／m3、セメント271 Kg／m3、石炭灰117 Kg／m3、細骨材970 Kg／m3、粗骨材737 Kg／m3を混練して吹付用コンクリートのベースコンクリートを製造する際に、まず、使用する石炭灰の流動特性の評価値Ｗ20を求めたところ110 であった。一方、予め、石炭灰の流動特性の評価値Ｗ20と上記配合のベースコンクリートのスランプ値との関係線図又は関係式を求めておき、この関係線図又は関係式によって上記Ｗ20の数値110 におけるベースコンクリートのスランプ値を推定したところ約11cmであった。
【００３１】
この石炭灰を117 Kg／m3使用し、上記配合量の水とセメント、細骨材、粗骨材と共に混練してベースコンクリートを製造したのち、このベースコンクリートを吹付用コンクリートとして吹付け機に供給してトンネル掘削壁面に吹付けたところ、吹付け機が閉塞することなくそのコンクリートの搬送性は良好であると共に、掘削壁面からのリバンウド量が僅かであり、掘削壁面に対する吹付施工も良好に行えた。
【実施例２】
【００３２】
上記実施例１と同じ配合の吹付用コンクリートのベースコンクリートを製造するに際して、使用する石炭灰の流動特性の評価値Ｗ20を推定したところ120 であった。この数値120 に対するベースコンクリートのスランプ値を上記実施例１と同様にＷ20とスランプ値との関係線図又は関係式から求めたところ、約9.5cm であった。
【００３３】
この石炭灰を117 Kg／m3使用し、上記実施例１で示した配合量の水とセメント、細骨材、粗骨材と共に混練してベースコンクリートを製造したのち、このベースコンクリートを吹付用コンクリートとして吹付け機に供給してトンネル掘削壁面に吹付けたところ、吹付け機が閉塞することなくそのコンクリートの搬送性は良好であると共に、掘削壁面からのリバンウド量が僅かであり、掘削壁面に対する吹付施工も良好に行えた。
【実施例３】
【００３４】
上記実施例１と同じ配合の吹付用コンクリートのベースコンクリートを製造するに際して、使用する石炭灰の流動特性の評価値Ｗ20を推定したところ140 であった。この数値140 に対するベースコンクリートのスランプ値を上記実施例１と同様にＷ20とスランプ値との関係線図又は関係式から求めたところ、約7.5cm であった。
【００３５】
この石炭灰を117 Kg／m3使用し、上記実施例１で示した配合量の水とセメント、細骨材、粗骨材と共に混練してベースコンクリートを製造する際に、流動化剤を0.36〜1.08Kg/m3 添加したのち、ベースコンクリートを製造した。こうして得られたベースコンクリートを吹付用コンクリートとして吹付け機に供給してトンネル掘削壁面に吹付けたところ、吹付け機が閉塞することなくそのコンクリートの搬送性は良好であると共に、掘削壁面からのリバンウド量が僅かであり、掘削壁面に対する吹付施工も良好に行えた。なお、上記配合のベースコンクリートにおいて、セメントや石炭灰、骨材、水の配合量の単位は、コンクリート１m3当たりの重量でもって表している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】品質の異なる石炭灰とその粒子の平均密度との関係を示す線図である。
【図２】品質の異なる石炭灰とその粒子の粉末度：比表面積との関係を示す線図である。
【図３】水−石炭灰容積比と相対流下速度との関係を示す線図である。
【図４】石炭灰の流動特性の評価値Ｗ20とスランプとの関係を示す線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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